UOP (Uranus Orbiter and Probe) - 2031

[Space books]

https://naked-science.ru/community/444542/

Ученые предлагают отправить исследовательскую миссию на Уран 

Единственным космическим аппаратом, посетившим Уран, был зонд «Вояджер-2», который пролетел мимо планеты в 1986 году, приблизившись к Урану на расстояние в 81,5 тысячу километров. Но даже тогда «Вояджер-2» раскрыл некоторые интригующие секреты Урана, обнаружив новые спутники и кольца вокруг планеты.
 

©vjanez / iStock
В новом отчете, составленном учеными-планетологами США, говорится, что отправка межпланетного зонда для изучения планеты-гиганта должна рассматриваться как главный приоритет для исследования планет в течение следующего десятилетия.
В частности, исследователи призывают NASA создать орбитальный аппарат и зонд Uranus, или UOP. Концепция миссии предполагала отправку космического корабля на орбиту вокруг Урана вместе с зондом, который погрузится в атмосферу планеты. Ученые предполагают, что миссия будет запущена в 2032 году, если инженеры приступят к реализации создания орбитального аппарата и зонда уже в 2023 году.

©NASA
Миссия помогла бы исследователям получить множество новых знаний. Прежде всего, люди смогли был точно узнать из чего состоит Уран.

[zandr]

https://ria.ru/20230317/uran-1858388825.html

Загадка Солнечной системы. Началась подготовка к новой космической миссии

^{© iStock/Ianm35, NASA}
МОСКВА, 17 мар — РИА Новости, Владислав Стрекопытов. В стратегическом плане планетарных исследований НАСА приоритет номер один — полет автоматической станции UOP к Урану. Научное сообщество ждало этого тридцать лет. Об особенностях и задачах миссии — в материале РИА Новости.

Спойлер

Важнейший полет десятилетия
Уран и Нептун относятся к классу ледяных гигантов. В отличие от внутренних планет земного типа из каменистых пород и газовых гигантов Юпитера и Сатурна, состоящих из водорода и гелия, они образованы замерзшими водой, аммиаком и метаном.
Эти планеты — самые удаленные в Солнечной системе и изучены очень плохо. В наземные телескопы удается рассмотреть лишь вихри в плотной атмосфере. Поверхность же полностью скрыта.
Из космических аппаратов лишь "Вояджер-2" пролетел мимо них в конце 1980-х. Благодаря этой миссии ученые получили первые сведения о составе атмосферы Урана и Нептуна, их спутниках. Узнали, что у планет есть магнитное поле и слабо выраженные кольца. Однако этого явно недостаточно.
НАСА давно собирается отправить к Урану орбитальный аппарат и зонд UOP (Uranus Orbiter and Probe). В десятилетней стратегии на 2013-2022 годы этот проект был на третьем месте по приоритетности после марсохода Mars 2020 и миссии к спутнику Юпитера Европе.
Марсианский ровер Perseverance успешно работает на Красной планете — собирает образцы породы и готовит их к отправке на Землю. Старт аппарата Europa Clipper намечен на конец 2024-го. В десятилетнем обзоре, недавно опубликованном НАСА, недостаток знаний о ледяных гигантах — главная проблема планетарных исследований, а миссия UOP — самый приоритетный проект.

[свернуть]

^{© NASA/JPL-Caltech  Снимок Урана, полученный космическим аппаратом "Вояджер-2"}

До Урана — за восемь лет
Концепция, разработанная учеными и инженерами НАСА, Калифорнийского университета и Университета Джонса Хопкинса, предполагает отправку на орбиту Урана космического корабля весом около пяти тонн с отделяющимся зондом, который погрузится в атмосферу планеты. К проектированию приступят уже в этом году. Средство доставки — ракета-носитель тяжелого класса Falcon Heavy от компании SpaceX.

Есть еще конкурирующий проект Neptune Odyssey. Но эксперты сошлись во мнении, что для него пока нет нужной ракеты-носителя. Кроме того, миссия к Урану более гибкая в плане выбора траекторий.
Запуск состоится в 2031-м или 2032-м, через 13 лет корабль достигнет места назначения и проведет на орбите около пяти лет.
Альтернативное техническое решение позволяет сократить полет до восьми лет и, соответственно, увеличить срок полезной службы аппарата вдвое. Там используется эффект аэрозахвата: космический корабль, замедляясь в верхних слоях атмосферы, выходит на окончательную орбиту всего за один проход. Обычно требуется несколько корректирующих оборотов.
Но этот вариант вряд ли выберут. Для него нужны точные данные о параметрах атмосферы, а их получат лишь после миссии UOP.

^{CC BY-SA 4.0 / Athulpg007 / Схема, показывающая различные этапы маневра аэрозахвата. Толщина атмосферы увеличена для наглядности}

Планета-загадка
Уран практически "лежит на боку" относительно общей плоскости движения планет Солнечной системы. При этом вокруг собственной оси он вращается ретроградно, то есть в обратную сторону.

Эту странность обычно объясняют гипотезой о том, что когда-то Уран столкнулся с крупным космическим телом. Однако ни у одного из спутников, неразрывно связанных с материнской планетой, нет такой же наклонной орбиты. Кроме того, все луны Урана ледяные, а мощный удар, способный опрокинуть планету, дал бы столько тепла, что лед бы испарился и спутники стали каменистыми.
Много неясностей и с внутренним строением. Стандартная модель предполагает, что Уран состоит из трех частей: в центре — небольшое каменное ядро, затем — ледяная оболочка, снаружи — водородно-гелиевая атмосфера. Однако некоторые факты ставят ученых в тупик.

^{CC BY-SA 4.0 / FrancescoA, Someone_who_is_different /   Внутреннее строение Урана}
Прежде всего тепловое излучение Урана значительно слабее, чем у других планет-гигантов Солнечной системы, включая Нептун. Это затрудняет определение физических параметров недр. Возможно, в верхних слоях Урана есть некая прослойка, препятствующая выходу тепла. Либо основная масса планеты сложена не льдом в общепринятом смысле этого слова, а сверхплотной жидкостью — смесью воды, аммиака и метана. Кстати, если предположить, что в недрах Урана есть жидкая вода, это автоматически перемещает его в список планет, где возможна жизнь.
Ученые не могут объяснить также аномально низкие температуры поверхности, сложное магнитное поле, периодически возникающие сильные вихри в атмосфере.

В поисках ответов
Миссия к Урану должна ответить на многие вопросы. Зонд изучит изменение состава атмосферы по вертикали, тепловую стратификацию и скорость ветра в зависимости от высоты над поверхностью. А орбитальный аппарат займется глобальными наблюдениями за атмосферой и магнитосферой планеты, спектральными и динамическими параметрами.
Трехкомпонентный магнитометр на борту картирует магнитные аномалии на поверхности, исследует структуру и динамику магнитного поля. Ученые хотят понять динамо-процесс, благодаря которому оно возникает.

Магнитное поле у планет земной группы генерируется в расплавленном металлическом ядре. В каком виде находится вещество в ядре Урана, неизвестно. Недавно выяснилось, что у Юпитера и Сатурна ядра не имеют четких границ. Достигая критической массы, вещество диффундирует. Так тяжелые элементы из центра планеты попадают во внешние оболочки вплоть до атмосферы.

^{© NASA / The Uranus Orbiter and Probe   Орбитальный аппарат Uranus Orbiter and Probe}
Возможно, так же происходит и на Уране — и его сложное магнитное поле связано не с ядром, а с конвективными потоками в жидкой подповерхностной оболочке, окружающей внутреннюю ледяную часть планеты со стабильной слоистой структурой.
Исследователи надеются, что собранная миссией UOP информация позволит приблизиться к разгадке того, как Уран образовался и приобрел свой необычный наклон с ретроградным вращением, узнать объемный состав планеты и как он меняется с глубиной. Кроме того, ученые планируют детально изучить спутники Урана, понять соотношение камня и льда в их структуре, разобраться с внутренними источниками тепла, а также найти, возможно, подземные океаны.
Известно 27 спутников Урана, среди них пять крупных: Миранда, Ариэль, Умбриэль, Титания и Оберон. Косвенные признаки продолжающейся геологической активности зафиксировали на трех — Титании, Обероне и Ариэли. Последний считается наиболее перспективным с точки зрения поиска под внешним ледяным панцирем потенциально пригодного для возникновения жизни океана жидкой воды.

[Athlon]

На данный момент миссия не утверждена. В проекте бюджета НАСА на 2024 год ее нет. В разделе, посвященном программе Outer Planets and Ocean Worlds есть пункт Planetary Decadal Future, по которому финансирование составляет 0 (ноль) со следующим комментарием: The recent Planetary Science Decadal Survey recommended a mission to an Ice Giant planet (Uranus or Neptune) as the highest priority flagship mission to begin this decade. NASA intends to begin formulation studies in FY 2025 to define the science objectives and explore potential mission architectures. NASA will use the results of these studies to inform future decisions and planning. Ну т.е. НАСА приняло пожелания ученых во внимание, но пока ничего не гарантирует, кроме обещаний в 2025 году поизучать вопрос.

[Veganin]

На данный момент миссия не утверждена. В проекте бюджета НАСА на 2024 год ее нет.

НАСА, ведь, попросило об увеличении бюджета до 27,185 млрд $ и можно надеяться, что на такой крайне интересный проект деньги найдутся.

[Виктор Левашов]

Есть еще конкурирующий проект Neptune Odyssey. Но эксперты сошлись во мнении, что для него пока нет нужной ракеты-носителя.

К Урану ракета есть, а к Нептуну -- нет.
Интересно...

[Дмитрий Виницкий]

К Урану ракета есть, а к Нептуну -- нет

Вполне логично, Нептун дальше.

[Виктор Левашов]

Это же не самолёт всё ж таки: чем дальше, тем больше топлива.

[Дмитрий Виницкий]

Это же не самолёт.

Тогда, может, Протоном обойтись?

[Athlon]

К Урану ракета есть, а к Нептуну -- нет.
Интересно...

Там не в ракете дело, а в отсутствии в начале-середине 2030-х годов астрономического окна к Нептуну с гравманевром у Юпитера. По этой же причине, кстати, Важно запустить UOP в 2031-2032 годах, иначе окно уйдет.

Хотя, конечно, если Старшип залетает, то гравманевр Юпитер в принципе и не нужен будет, можно будет напрямую лететь хоть к Урану, хоть к Нептуну.

[Athlon]

На данный момент миссия не утверждена. В проекте бюджета НАСА на 2024 год ее нет.

НАСА, ведь, попросило об увеличении бюджета до 27,185 млрд $ и можно надеяться, что на такой крайне интересный проект деньги найдутся.

Ну да, попросило. В бюджете на 2023 было 25,384 млрд$, в проекте бюджета на 2024 прописали 27,185 млрд $. Только вот вся эта прибавка уже расписана, она ушла на Артемиду (+635 млн к прошлому году) ну и по 100-200 млн по другим разделам.  В части АМС, раздел Planetary Science увеличился с 3,2 млрд до 3,383 млрд, прибавку сожрали два проекта - Mars Sample Return и NEO Surveyor (ИК-телескоп для поиска опасных астероидов).

Если посмотреть перспективный план, то видно, что НАСА в принципе готово финансировать Planetary Decadal Future, но не ранее 2026-2027 годов. В 2024 году весь бюджет программы Outer Planets and Ocean Worlds уходит на Europa Clipper, который улетает осенью 2024-го, что освобождает финансовый ресурс. Другое дело, что НАСА осторожничает и очень медленно разворачивается в сторону нового проекта - по хорошему, какие-то минимальные деньги можно было бы выделить уже в текущем году, и 20-30 млн - в 2024, тогда к 2025 году уже было бы предварительное понимание облика миссии и можно было бы переходить к ее реализации.

[Виктор Левашов]

Хотя, конечно, если Старшип залетает, то гравманевр Юпитер в принципе и не нужен будет, можно будет напрямую лететь хоть к Урану, хоть к Нептуну.

Да...
Хорошо бы...
Сколько это будет стоить -- это ещё вопрос...

[Андрюха]

К Урану ракета есть, а к Нептуну -- нет.
Интересно...

Там не в ракете дело, а в отсутствии в начале-середине 2030-х годов астрономического окна к Нептуну с гравманевром у Юпитера. По этой же причине, кстати, Важно запустить UOP в 2031-2032 годах, иначе окно уйдет.

Хотя, конечно, если Старшип залетает, то гравманевр Юпитер в принципе и не нужен будет, можно будет напрямую лететь хоть к Урану, хоть к Нептуну.

В 2030-2031 это окно к Нептуну ещё есть, а вот дальше уже нет.
Но в последней редакции Neptune Odyssey стоит уже прямой полет с запуском в 2033 году только SLS blok 2. До этого, как вариант рассматривалась ещё FH.

[Виктор Левашов]

Если супертяжи будут и недорого, так что бы и не полетать?..